Homeosztatikus szabályozás - A hippokampális interneuronok szerepe a neuronhálózat

III. Bevezetés

III.3 A hippokampusz felépítése és szerepe

III.3.5. A hippokampális interneuronok szerepe a neuronhálózat

III.3.5.5. Homeosztatikus szabályozás

Az agyi véráramlás és a neurális aktivitás szoros kapcsoltságban állnak egymással. A kommunikáció (mint a legtöbb esetben) kétirányú: a neurovaszkuláris irányban bizonyos hippokampális interneuronok közvetítik a megnövekedett hálózati aktivitást az erek felé, ami vazodilatilációt, ezáltal jobb oxigén és glükóz ellátást biztosít; a vaszkuloneurális irány esetében az endothel hormonok és más molekulák felszabadításával képes befolyásolni a neuronok ingerületét (Garthwaite, 2008). A legfontosabb szabályozó molekula mindkét irányban a nitrogén-monoxid (NO). Az interneuronok közül az Ivy (borostyán), a neurogliaform és a visszavetítő sejt képes NO felszabadításra (lásd még III.3.4.1. és III.3.4.4. alfejezetben), a bennük lévő neuronális NO-szintáz (nNOS) enzimnek köszönhetően. A hálózati aktivitás függvényében- az Ivy sejt Schaffer, a neurogliaform entorhinális, a visszavetítő sejt pedig CA1 piramissejt bemenetet kap- a felszabaduló NO egyrészt a kapillárisok vazodilatációját, másrészt a neuronok pre- és posztszinaptikus serkenthetőségének lassú modulálását teszi lehetővé.

A vaszkuláris oldalról az NO forrása az endotheliumban lévő endotheliális NO-szintáz (e-NOS). Az erekből felszabaduló tónikus, alacsony koncentrációjú NO (az interneuronális NO tónussal együtt) hozzájárul a serkentő sejtek LTP-jének kialakulásához. Ezt az a meglepő adat is alátámasztja, hogy annak ellenére, hogy e-NOS nincs neuronális elemben, az e-NOS génkiütött állatban gyengült a szinaptikus plaszticitás (Garthwaite, 2008). A fent említett folyamatok során felszabaduló NO a pikomólos tartományba esik, ilyen koncentrációban az NO nem viselkedik szabadgyökként, így ezekkel a hatásaival sem kell számolni (Hall and Garthwaite, 2009;

Wood et al., 2011).

31 III.4. A retrográd jelátvitel

Amikor kémiai szinapszisok transzmissziójáról beszélünk, általában az akciós potenciál vezérelte anterográd jelátvitelre gondolunk, vagyis a preszinaptikus sejt terminálisából felszabaduló jelátvivő molekula a szinaptikus résen keresztül a posztszinaptikus sejt receptoraihoz kötődve fejti ki a hatását. Mostanra nyilvánvalóvá vált azonban, hogy a szinaptikus információ-áramlás kétirányú: az anterográd mellett a posztszinaptikus sejt egész repertoárral rendelkezik retrográd jelátvivő molekulákból, amik a preszinaptikus sejtet befolyásolják. A retrográd jelátvitel olyan folyamatokban játszik szerepet, mint a szinapszisok kialakulása és érése a fejlődés korai szakaszában, vagy a szinapszisok plaszticitása a felnőtt állatban. Tekintettel arra, hogy jelen dolgozat a felnőtt agyban végbemenő folyamatokra koncentrál, a továbbiakban csak az utóbbi, felnőtt állatra vonatkozó általános ismérvek ismertetése következik.

4. Ábra. A retrográd jelátviteli útvonalak típusainak összefoglaló vázlata

Az ábrán egy sematikus szinaptikus apparátus látható. A retrográd jelátvitel esetében a neurotranszmitter a posztszinaptikus oldalon képződik, hatását pedig a preszinaptikus oldalon fejti ki. Hatásmechanizmus alapján három formáját különíthetjünk el (az ábrán balról jobbra haladva): 1. szekréció: posztszinaptikus vezikulából történő felszabadulás (pl. neurotrofin); 2. a pre- és posztszinaptikus membrán közt létesülő memrán-kapcsolt fehérjék általi jelátvitel (pl. neuroligin-neurexin); 3. membránon szabadon átdiffundáló (membrán-permeábilis) jelátvivők (pl. nitrogén-monoxid, endokannabinoidok). A

preszinaptikus terminális folyamataiba történő beavatkozás sokrétű lehet (pl.

anterográd transzmisszió befolyásolása, receptor internalizáció, stb.) Az ábrán „X”

jelöli a retrográd transzmisszió távoli propagációját. (Módosítva: Tao HW és Poo M, 2001, PNAS)

III.4.1. Retrográd jelátvitel az aktivitásfüggő szinaptikus plaszticitásban

A szinaptikus plaszticitás legjobban tanulmányozott formája talán a glutamáterg szinapszisok hosszútávú potencírozódása (LTP) és depressziója (LTD). Egyes szinapszisok erősödhetnek (LTP), míg mások gyengülhetnek (LTD). Mindkét folyamatban általában mind preszinaptikus, mind posztszinaptikus változások létrejönnek. Retrográd jelátvitel szempontjából a preszinaptikus változások játszák a központi szerepet. Ilyen változás a neurotranszmitter felszabadulásának növelése/csökkentése a vezikula-felszabadulás mechanizmusába, újrahasznosításába és újratöltésébe való beavatkozással, de kialakulhat olyan jel is, ami a terminálisból a sejttest felé halad, és a szinaptikus potenciáció távoli hatásait hozza létre.

A retrográd jelátvitel három formáját különböztethetjük meg (Tao és Poo, 2001) 4.

ábra):

1. retrográd jelátvitel membrán-permeábilis faktorokkal 2. retrográd jelátvitel membrán-kötött sejtkapcsoló fehérjékkel 3. retrográd jelátvitel szekretált fehérjéken keresztül

III.4.1.1. Membrán-permeábilis faktorok

Ezek közé tartozik a vérlemezke-aktiváló faktor, az arachidonsav, az endokannabinoidok, a nitrogén-monoxid és a szén-monoxid. Jelentősebb hatása (jelenlegi tudásunk szerint) az endokannabinoidoknak és a nitrogén-monoxidnak van. A nitrogén-monoxid jelátviteli rendszerének vizsgálata képezi a jelen dolgozat kísérletes eredményeinek nagy részét, ezért a nitrogén-monoxiddal kapcsolatos ismeretek tárgyalása külön fejezetben (III.5.) történik.

Az endokannabinoidok (eCB) lipid természetű jelátvivő anyagok, közös vázukat arachidonsav adja, melyre a legtöbb esetben amid-, észter- vagy éterkötéssel

kapcsolódik a molekulára specifikus csoport. Legtöbb ismeretünk a 2-arachidonil-glicerinről (2-AG) és az N-arachidonil-etanolamidról (anandamid) van. A központi idegrendszerben receptoruk a preszinaptikusan elhelyezkedő Gi/o kapcsolt metabotróp CB1 kannabinoid receptor. A kannabinoidok a transzmitter felszabadulás gátlását hozzák létre, mely mind cAMP-függő, mind c-AMP független úton (A-típusú és „befelé egyenirányító” K⁺-csatornák aktiválásával és N- és P/Q-típusú feszültségfüggő Ca²⁺ -csatornák gátlásával) megy végbe. Endokannabinoid jelátvitel rövid- és hosszútávon is képes gátolni a transzmissziót (ezen folyamatok részletes leírása az III.4.2. fejezetben történik). A hippokampuszban ezekben a retrográd szabályozásokban a 2-AG szerepe bizonyított. A 2-AG teljes agonistája a CB1 receptornak, míg az anandamid csak részleges agonista, ezen kívül a hippokampuszban az anandamid retrográd útvonala is megkérdőjelezhető (Nyilas et al., 2008). A 2-AG szintézise foszfolipáz C (PLC)β–függő és független úton megy végbe. A PLCβ független útvonal indukciója magas posztszinaptikus kalcium felszabadulásával, diacil-glicerin (DAG) lipáz aktiválásával történik (Ca²⁺-függő eCB szintézis). A kalcium beáramlás az extracelluláris térből, feszülségfüggő kalcium-csatornákon és/vagy NMDA-receptorokon keresztül történik. A PLCβ függő útvonal alapvetően metabotropikus receptorok aktivációja révén indul.

Endokannabinoid szintézist indukálnak önmagukban az I. csoportú metabotróp glutamát-receptorok (mGluR I.: mGluR1 és mGluR5), M1/M3 típusú muszkarinos acetil-kolin receptorok (mAChR), glukokortikoid receptorok, oxitocin és orexin-receptorok, ha elég ”erőteljes” receptoraktiváció (magas koncentrációjú agonista mellett) jön létre. Minden felsorolt receptor Gq/11 –fehérje kapcsolt, és PLCβ stimulációhoz vezet, így ehhez az útvonalhoz nem szükséges a sejten belüli kalcium-koncentráció emelkedése (receptor-vezérelt eCB szintézis). A PLC-függő eCB szintézis egy speciális esete, amikor a metabotróp-receptor aktivációja nem elegendő (kevés agonista) az eCB jelpálya beindításához, de egy egyidőben érkező depolarizáció (kismértékű Ca²⁺-szint emelkedés is elegendő), ami önmagában szintén nem indukálna eCB-szintézist, együttesen képes aktiválni a szintézist (Ca²⁺-asszisztált, receptor-vezérelt eCB szintézis). Ebben a paradigmában a PLCβ koincidencia-detektornak tekinthető. A hatás szinergista, nagyobb, mint amit a két komponens „számtani összegéből” várnánk (Kano et al., 2009). Minden eCB mediálta rövid- és hosszútávú

potenciáció e három mechanizmus egyikét használja (részletesen az III.4.2. fejezetben olvasható).

III.4.1.2. Membrán-kötött sejtkapcsoló fehérjék

A sejtek átmeneti vagy tartós összeköttetéseiért a sejtadhéziós molekulák (az angol rövidítésből: CAM) tehetők felelőssé. Kalciumfüggő családjukat kadherineknek, kalciumfüggetlen családjukat pedig Immunglobulin típusú CAM-nak nevezzük. Az idegrendszerben előbbire példa a -neuronális- N-kadherin, utóbbira a –neuronális- NCAM (Röhlich P, 2006).

Közülük számos fehérjéről bizonyították, hogy szerepe van a szinaptikus plaszticitásban így például az NCAM-ről, kadherinekről vagy a neuroligin-neurexin kapcsolatról. Az NCAM génkiütött állatban eltűnt az LTP, mind a CA1, mind a CA3 régióban. A kadherin esetében hasonlót tapasztaltak, antitesttel vagy gátlópeptiddel gátolt kadherin szignifikánsan csökkentette az LTP-t, anélkül, hogy hatással lett volna az alap jelátvitelre, vagy a rövidtávú plaszticitásra. A kadherin gátlása azonban csak az LTP indukciós fázisában volt hatással, ami arra utal, hogy a kadherin a kezdeti, szignalizációs lépésben játszik szerepet. A kadherin-kadherin kapcsolat a preszinaptikus aktív zóna és a posztszinaptikus denzitás direkt strukturális újrarendezését eredményezheti. LTP indukáló jelátviteli kaszkádok beindítására is képes, habár ennek sem preszinaptikus, sem posztszinaptikus mechanizmusa nem ismert (Tao és Poo, 2001).

A neuroligin-neurexin kapcsolat számos szinaptikus folyamat befolyásolására képes: differenciáció, érés, valamint mind a serkentő, mind a gátló szinapszisok plaszticitása. A neurexin a preszinaptikus, a neuroliginek a posztszinaptikus oldalon helyezkednek el (Bang és Owczarek, 2013; Bottos et al., 2011). Neuroliginek PDZ kötőhelyük segítségével kötődnek a szinaptikus horgonyzófehérjéhez (PSD-95 a glutamáterg, gefirin a GABAerg szinapszisokban). Jelenlegi ismereteink szerint a neuroligin-1 a glutamáterg, a neuroligin-2 a GABAerg, a neuroligin-3 mindkét típusú, míg a neuroligin-4 glicinerg szinapszisokban található. Számos irodalmi adat van arra, hogy a négy neuroligin fontos szerepet játszik a plaszticitásban. A neuroligin-1 az NMDA receptorok dokkolását szabályozza, hiányában a térbeli memória gyengülése

(LTP gyengülés), és sztereotip viselkedés alakult ki autisztikus tünet együttest idézve (Blundell et al., 2010; Budreck et al., 2013). A neuroligin-2 hiányában a gátló szinapszisok funkciójának gyengülése figyelhető meg, a gátló szinapszisok számának megtartásával (Blundell et al., 2009). A neuroligin-3 mutációja mindkét szinapszison hatva komplex változásokat hoz létre: a gátló szinapszisok fokozott működését okozta az agykéregben és a hippokampuszban, a serkentő szinapszisokban növelte az AMPA és NMDA receptorok számát, ezzel jelentősen erősítve az LTP-t, a szinapszisok strukturális átépüléséhez és a dendritelágazódások növekedéséhez vezetett (Etherton et al., 2011; Tabuchi et al., 2007). A neurexinek (α és β) preszinaptikusan helyezkednek el, és CASK fehérjekomplexen keresztül kötődnek a kalcium-függő vezikuláris apparátushoz, ezáltal képes befolyásolni a vezikulafelszabadulást. A neurexin-neuroligin kapcsolat képes a szinaptikus aktivitás függvényében befolyásolni a neurotranszmissziót, a szinapszis méretét és a plaszticitásban szerepet játszó receptorok dokkolását (Bang és Owczarek, 2013; Bottos et al., 2011).

III.4.1.3. Szekretált fehérjék

A szekretált molekulák közül a neurotrofinok tölthetik be a retrográd jelátvivő anyag szerepét. Legfontosabb képviselőjük, az agyi neurotrofikus faktor (BDNF) a posztszinaptikus membrán depolarizációjával, kalciumfüggő módon szekretálódik. A legtöbb neurotrofin preszinaptikusan lévő receptora útján a neurotranszmitter felszabadulás növelésén keresztül fejti ki hatását, pl. a mEPSP frekvenciájának növelésével. A BDNF hatása valószínűleg kinázok révén a szinaptikus vezikulán lévő szinapszin foszforilációjával jár, ami azonnal serkenti a glutamát felszabadulását. A BDNF genetikai eltávolításával az LTP indukciója nem ment végbe a CA1 régióban, azonban visszaállítható volt a normális működés BDNF tartalmú adenovírussal fertőzött agyszeleteken, és kívülről adagolt BDNF segítségével is (Tao és Poo, 2001).

III.4.1.4. A retrográd jelátvitel távoli hatásai

A retrográd jelátvitel lokális (monoszinaptikus) hatásain kívül, távolabbi hatásokkal is rendelkezhet. A diffúzibilis molekuláknál számításba kell venni, hogy

milyen koncentrációban, milyen távolságban tud hatni más szinapszisokon („laterális propagáció”; pl. heteroszinaptikus LTD/LTP az endokannabinoid rendszerben). Egy másik érdekes jelenség a retrográd jel preszinaptikus sejtben történő visszaterjedése („távoli propagációja”, a 4. ábrán „X” jelöléssel). A jel egészen a preszinaptikus sejt dendritjeinek szinapszisáig is terjedhet. Megfigyelték, hogy közvetlenül a korrelált tüzeléssel kiváltott LTP után a preszinaptikus sejt serkenthetősége átmenetileg jelentősen megnőt. A távoli hatás pontos molekuláris mechanizmusa nem ismert, de mivel az időben gyorsan kialakul, feltételezhető, hogy olyan másodlagos jelátvivők játszhatnak benne szerepet, mint a kalcium, inozitol-trifoszfát (IP3), vagy cAMP.

Receptor-ligand komplexek (pl. neurotrofinok közül a NGF, BDNF) esetében retrográd axonális transzportot is leírtak (Tao és Poo, 2001).

III.4.2. Retrográd jelátvitel a hippokampuszban

A hippokampális piramissejtek megfelelő működéséhez elengedhetetlen a glutamáterg és GABAerg szinapszisainak rövid- és hosszútávú plaszticitása egyaránt (lásd például III.3.5.1. alfejezetet). Ezek kialakításához a piramissejt retrográd jelátviteli útvonalakat vesz igénybe, melyek közül a membrán-permeábilis faktorok játszák a legfőbb szerepet. A glutamáterg szinapszisok hosszútávú megerősödéséhez (LTP) a nitrogén-monoxid jelpálya, míg elcsendesítéséhez az NO (LTD) és az endokannabinoid (eCB) (STDés LTD) rendszer egyaránt járul hozzá. A GABAerg szinapszisok gátlása – eddigi adatok alapján- az endokannabinodok által szabályozódik, de csak a CCK tartalmú interneuronok szinapszisaiban. Más, a többi interneuronok szinapszisait befolyásoló retrográd transzmitter-rendszeről mindezidáig nem volt tudomásunk. Az NO hatásainak tárgyalása külön fejezetet érdemel, tekintettel a dolgozatban betöltött központi szerepére (lásd III.5.7.2. alfejezetben).

Az eCB által létrehozott rövidtávú (másodpercekig, legfeljebb percekig tartó) gátlás (eCB-STD) közé tartozik a „depolarizáció kiváltotta gátlás/serkentés-elnyomása”

(DSI/DSE), az NMDA-vezérelt eCB-STD, és a metabotróp receptorok (mGluR-I, mAChR, CCK-R) vezérelte eCB-STD. A hosszútávú (legalább egy órán át tartó) változásokhoz tartozik a serkentő és gátló szinapszisok LTD-je (LTD és eCB-LTDi) és a heteroszinaptikus moduláció.

37 III.4.2.1. DSI/DSE

A „depolarizáció kiváltotta gátlás/serkentés-elnyomása” (DSI/DSE) a piramissejtek masszív depolarizációjának eredménye. Az eCB szintézise PLC-független módon, magas sejten belüli kalcium koncentráció kialakulásával indul meg (lásd III.4.1.1. alfejezetben) a piramissejtben. A kannabinoidok a preszinaptikus CB1 receptorokat aktiválva, a lehetséges másodlagos útvonalak közül (lásd III.4.1.1.) elsősorban a cAMP-független (Gβγ-vezérelte), kation csatornákon történő direkt hatás révén hozzák létre a gyorsan kialakuló, de átmeneti gátlását a gátló/serkentő neurotranszmitternek. A DSI és a DSE nagysága eltérő, ami valószínűleg a két terminális populáció eltérő CB1 receptor mennyiségéből fakad (a GABAerg rostokon többszöröse a CB1R sűrűsége a glutamátergének, ezáltal nagyobb gátlás jön létre,) (Katona et al., 2006; Nyíri et al., 2005). Ezen kívül a DSE kialakulásához hosszabb, elnyújtott depolarizációra van szükség. A GABAerg terminálisok esetében a CB1 receptorok eloszlása kettősséget mutat, egy részük a szinapszis körüli gyűrűben sűrűsödik, másik részük a szinapszistól távol, a preterminális axon részen dúsul.

Figyelembe véve a DSI során kialakuló gyors hatást, és a kálium és kalcium csatornák elhelyezkedését, valószínűsíthető, hogy a rövidtávú szabályozásban a szinapszis környéki receptorok tehetők felelőssé (Katona és Freund, 2008). A DSI mechanizmusának óriási jelentősége a piramissejtek fázis-előretolódásában rejlik (lásd a III.3.4.2. és III.3.5.1. alfejezeteket), ami lehetővé teszi az információkódoló piramissejttek szinapszisainak megerősödését.

III.4.2.2. NMDA-vezérelt eCB-STD

A feszültségfüggő kalcium-csatornákon kívül a feszültség- és ligand-függő NMDA-típusú glutamát receptorokon keresztül is kialakul az a magas sejten belüli kalcium koncentráció, ami eCB szintézishez vezet (PLC-független, Ca²⁺-függő eCB szintézis). A GABAerg szinapszisokra (IPSP-re) kifejtett hatását azonban hippokampális sejtkultúrán a fiziológiás tartományon túli, extrém magas NMDA koncentrációval (200µM, helyileg adagolva) tudták csak megfigyelni. Élettani mennyiségű NMDA (20µM) adása nem okozott eCB-STD-t a GABAerg

szinapszisokban (Ohno-Shosaku et al., 2007) (Ennek jelentőssége a VII.8. fejezetben olvasható).

III.4.2.3. metabotróp receptorok vezérelte eCB-STD

A metabotróp receptorok által kiváltott eCB felszabadulás a „receptor-vezérelt eCB szintézis”, esetleg a „Ca²⁺-asszisztált, receptor-vezérelt eCB szintézis” (lásd III.4.1.1.) mechanizmusával jön létre. A hippokampusz piramissejtjein eddig az mGluR5, M1/M3 és CCK receptorokról bizonyították, hogy képesek endokannabinoidok szintézisét indukálni. mGluR5 kiváltotta eCB-STD mind glutamáterg, mind GABAerg szinapszisokban mértek. Az mGluR5 receptorok túlnyomó többsége a glutamáterg szinapszisok periszinaptikus gyűrűjében helyezkedik el, a tüskéken kívüli szomatodendritikus régióban jelentősen csökkent a számuk, és nincsenek GABAerg szinapszisokban (Luján et al., 1997). Így valószínűsíthető, hogy az mGluR5 hatása a tüskékben homoszinaptikus, a dendritikus régióban pedig a távolabb elhelyezkedő extraszinaptikus mGluR5 receptorok fejthetik ki hatásukat a CCK-tartalmú dendritikus interneuronok terminálisain. Muszkarinos receptorok (M1/M3) főként a piramissejtek dendritjein extraszinaptikusan helyezkednek el (Levey, 1996; Levey et al., 1995;

Yamasaki et al., 2010), aktivációjuk eCB-függő GABAerg áramok gátlását idézték elő.

Glutamáterg áramok gátlása csak sejtkultúrában idézhető elő. CCK receptorokon keresztüli eCB szintézis csak a CCK-tartalmú interneuronok szinapszisaiban megy végbe, és hasonlóan a többi folyamathoz, a GABAerg áramok eCB-STD hatását hozza létre.

III.4.2.4. eCB-LTD/LTDi, heteroszinaptikus moduláció

A hosszútávú gátláshoz a CB1 receptorok perceken át tartó aktivációja szükséges. Mechanizmusát tekintve „receptor-vezérelt eCB szintézis”-sel jön létre.

Kísérletes adatok alapján a hippokampuszban mGluR5 aktivációja indítja be, posztszinaptikus kalcium nem szükséges a kialakulásához. Ennek ellenére valószínűsíthető, hogy fiziológiás körülmények között az mGluR5 aktivációja mellett a glutamát transzmisszió helyi kalcium emelkedéssel is jár, ami „Ca²⁺-asszisztált,

receptor-vezérelt eCB szintézis”-hez vezet. Kimutatták azt is, hogy az LTDi esetében a Schaffer-kollaterálisok ingerlése következében aktiválódó mGluR5 receptorok heteroszinaptikusan gátolták a CB1 receptorral rendelkező GABAerg terminálisokat (Chevaleyre és Castillo, 2003). Heteroszinaptikusan valószínűleg nem a szinapszis körüli, hanem a preterminális axon közeli CB1 receptorok aktiválódnak, könnyebb hozzáférhetőségük miatt (Nyíri et al., 2005). A heteroszinaptikus szabályozás egy másik formája, amikor is a gátló szinapszisban kialakult LTD közvetett módon közeli glutamáterg szinapszisok megerősödéséhez (LTP) vezet, mivel a gátlás megszűnésével már küszöb-alatti ingerekkel is potenciáció érhető el. A CB1 receptorok hosszú aktivációja beindítja a Gαi útvonalat is, ami az „adenilát-cikláz-cAMP-protein-kináz A”

jelátvitel gátlását eredményezi, ezen keresztül pedig egy preszinaptikus aktív zóna fehérje (RIM-1α) hosszútávú gátlását hozza magával a GABAerg szinapszisokban, és a P/Q típusú feszülség-függő kalcium-csatornák permanens gátlását a serkentő szinapszisokban (Katona és Freund, 2008).

A heteroszinaptikus moduláció kapcsán látható, hogy az eCB jel térben terjed, ritkán szorítkozik egyetlen szinapszis szabályozására (még a receptor-mediált esetben is). Kimérték, hogy két egymáshoz közeli piramissejt esetében akkor terjedt át a DSI a nem depolarizált sejtre, ha a sejttestek távolsága kevesebb, mint 20 mikron (Ohno-Shosaku et al., 2000; Wilson és Nicoll, 2001).

Összegzésként elmondható, hogy az endokannabinoid jelátvitel általánosan elérhető a glutamáterg szinapszisok számára, míg a GABAerg szinapszisok esetében kizárólag a CCK tartalmú interneuronokra korlátozódik. Az endokannabinoid jelátvitel sok esetben nem igényeli a preszinaptikus sejt aktivitását, a posztszinaptikus sejt ingerülete önmagában is elegendő a folyamat beindításához, míg más esetekben (főként a glutamátergeknél) a pre- és posztszinaptikus aktivitás koincidenciája szükséges. Az endokannabinoid jel általában nem szinapszis-specifikus, hatótávolsága ~20 mikronra tehető. Ezek alapján felmerül tehát a kérdés, hogy létezik-e egy másik, általánosan több interneuron számára is elérhető retrográd szabályozás, létezik-e szinapszis-specifikus retrográd szabályozórendszer, és létrejöhet-e a GABAerg szinapszisok potenciációja a gátlással szemben?

40 III.5. Nitrogén-monoxid, mint neurotranszmitter

A nitrogén-monoxid (NO) megfelel a neurotranszmitterektől elvárt kritériumoknak, azaz:

1. rendelkezik szintetizáló apparátussal 2. szintézise szabályozható

3. felszabadulását követően képes eljutni a szinapszist alkotó másik sejthez (anterográd esetben a posztszinaptikus-, retrográd esetben a preszinaptikus-sejthez)

4. rendelkezik receptorral

5. rendelkezik a jelátvitel időbeli leállításához vezető folyamattal

6. másodlagos jelátviteli útvonal(ak)at indít be a fogadó sejtben, valamely hatást eredményezve.

Ezen pontok mentén haladva mutatom be a NO jelátvitelt a központi idegrendszerben, majd részletezem eddig ismert fiziológiai hatásait.

III.5.1. A nitrogén-monoxid szintézise, nitrogén-monoxid szintázok

A nitrogén-monoxid (NO) szintézisét kizárólag a nitrogén-monoxid-szintázok (NOS) végzik. Két konstitutív izoformája az enzimnek a neuronális NOS (nNOS) és az endotheliális NOS (eNOS), míg indukálható formája (iNOS) immunsejtekben (makrofágok, mikroglia) található, és csak patológiás esetekben aktiválódik, így ez utóbbit a továbbiakban nem részletezem (Förstermann et al., 1991).

Az nNOS és eNOS celluláris és subcelluláris eloszlását illetően a ’90-es években támadt némi zavar a szakirodalomban. Több csoport eredményei azt mutatták, hogy eNOS neuronális elemekben is, a hippokampuszt nézve a piramissejtekben található, míg az interneuronok egyes típusai pedig nNOS-t fejeznének ki. Ezek a kísérletek még különböző specificitású gátlószereken és nem megfelelően tesztelt antitestekkel végzett immunreakciókon alapultak, de a génkiütött állatok megjelenésével (nNOS és eNOS KO) a 2000-es évek elejére megoldódott a probléma. nNOS kizárólag neuronális sejtekben található (mind piramissejtekben, mind interneuronokban), az eNOS pedig az

erek endothél-sejtjeire korlátozódik (Blackshaw et al., 2003; Jinno és Kosaka, 2002, 2004). Az endotheliális NO szerepét a neuronhálózat működésében már korábban ismertettem (lásd III.3.5.5. alfejezet), a továbbiakban kizárólag a neuronális eredetű NO-val és NO-szintázzal kapcsolatos adatokat tárgyalom. Az nNOS három átíródás utáni hasítási (splice) változattal rendelkezik, az nNOSα a legszélesebb körben elterjedt és legnagyobb mennyiségben megtalálható izoforma, a β és γ izoformák esetében hiányzik a fehérje N-terminális horgonyzó doménje.

5. Ábra. A nitrogén-monoxid retrográd jelátviteli útvo-nalában szerepet játszó főbb alkotóelemek sematikus ábrája

Az ábrán egy szinapszis sematikus vázlata látható. A posztszinaptikus aktív zónában helyezkednek el az NMDA receptorok, melyeket PDZ doménnel rendelkező horgonyzó fehérjék (pl. PSD-95) kapcsolják össze a membrán alatt található nNOS molekulákkal. Az nNOS Ca²⁺-kalmodulinnal történő aktivációjával jön létre a nitrogén-monoxid (NO) termelés. Az NO membrán-permeábilis tulajdonsága folytán szabadon átdiffundál a preszinaptikus terminálisba, ahol receptorán, az NO-szenzitív guanilát-ciklázon (NOsGC-én) hatva cGMP termeléshez vezet.

Az nNOSγ-nak nincs enzimatikus aktivitása, az nNOSβ enzim rendelkezik némi aktivitással, de ennek csak az nNOSα hiányában van jelentősége, mert ekkor jelentősen megnő az agykéregben a szintje (Garthwaite, 2008). Az nNOSα (továbbiakban: nNOS) dimer formában van jelen, mivel azonban minden nNOS molekulához egy Ca²⁺ -kalmodulin is kötődik aktív állapotában, tulajdonképpen tetramer szerkezet jön létre

(Alderton et al., 2001; Stuehr et al., 2004). Az nNOS N-terminális doménje az ún.

horgonyzó (PDZ-kötőhelyekkel rendelkező) domén, mely horgonyzó fehérjéken keresztül az nNOS kötődését teszi lehetővé a serkentő szinapszisok posztszinaptikus aktív zónához (5. ábra, Tochio et al., 2000). Ilyen horgonyzó fehérje a PSD-95 (posztszinaptikus denzitás fehérje-95), GRIP1 (glutamát receptorral kölcsönható fehérje 1) vagy az SSCAM (szinaptikus állványozó molekula) (Brenman et al., 1996; Daff,

In document NMDA-receptor függő nitrogén-monoxid jelátvitel a hippokampusz GABAerg szinapszisaiban (Pldal 30-0)